等离子体活化水制备装置、水凝胶制备工艺和杀菌工艺

本发明涉及抑菌保鲜，尤其是一种等离子体活化水制备装置、水凝胶制备工艺和杀菌工艺。

背景技术：

1、食品安全作为人类安全问题当中最基本且最重要的一种，一直受到全球民众的广泛关注。在众多食品种类中，生鲜食品已成为人们日常生活中的必需品，生鲜食品虽产量较大，但在运输、储藏过程当中由于物理损伤、化学变化、内源性酶以及微生物等作用，导致其极易发生腐败变质，从而引发食品安全问题，这不仅对人们的身体健康会造成严重的影响，还会对国民经济产生一定的损失。因此，开展高效、可自动化、连续化的生鲜食品杀菌具有重要的科学和社会意义。

2、根据现有研究报道，目前针对生鲜食品杀菌的方法有：热杀菌、光动力杀菌、臭氧杀菌、紫外线杀菌等，其中热杀菌处理是现阶段应用最为广泛的一种方式，但是长时间的热处理会对生鲜食品的风味、色泽和营养成分等造成一定的破坏程度，对于蔬果类食品并不适用；光学动力杀菌只在安全控制方面取得了一定的成果，但在其稳定性以及有效性的研究还有所欠缺，因此受到了较大的限制；臭氧杀菌已经被证实可以应用在生鲜食品之上，但是因其含有毒性并且具有较强的氧化性，这对食品以及人体造成损伤，因此使用时受到严格的限制。紫外线杀菌技术会对生鲜食品的营养成分以及口感产生负面影响，因此也不适用于生鲜食品。

3、等离子体活化水杀菌方法因其具有较多的活性物质能够有效的杀灭生鲜食品表面的微生物，降解残余在表面的农药化学试剂等，且在杀菌过程当中无需添加任何化学药剂，不会造成污染而在生鲜食品杀菌领域得到广泛的应用，但其也面临着一定的问题，如等离子体活化水设备形态单一，制备方法大都是采用先制备等离子体再依靠气液传质使得等离子体溶于待处理液体之中，等离子体活化水制备效率不高；采用等离子体活化水处理生鲜食品的方式大多为间歇浸泡式杀菌，效率低下；等离子体活化水凝胶材料制备通常是在等离子体活化水制备后加入凝胶材料，制备成等离子体活化水凝胶，不能保证活性物质的有效成分含量和均匀性，在投入实际应用生产时，不可避免的会影响抑菌保鲜的效果。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种等离子体活化水制备装置、水凝胶制备工艺和杀菌工艺，从而提高等离子体活化水制备效率、离子体活化水凝胶抑菌保鲜的效果、提高生鲜食品杀菌的作业效率。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种等离子体活化水制备装置，包括活化水处理室和第一等离子体发生器，所述活化水处理室外部设置水浴箱，所述活化水处理室用于承装待处理溶液，所述水浴箱用于控制所述活化水处理室内待处理溶液的工作温度；

4、所述第一等离子体发生器的工作端位于所述待处理溶液的液面以下，所述第一等离子体发生器的上端位于所述活化水处理室的外部，并连接第一电源和供气装置，所述第一电源用于提供第一等离子体发生器工作时所需要的电压，所述供气装置用于提供工作气体；

5、还包括第二等离子体发生器，所述第二等离子体发生器的工作端位于所述待处理溶液的液面上方，所述第二等离子体发生器连接第二电源；

6、所述活化水处理室为封闭式，并在待处理溶液液面以上设置出气孔，所述出气孔位于所述第二等离子体发生器一侧；

7、所述第一等离子体发生器的工作端在待处理溶液的液面下方生成等离子体，并有部分工作气体从第一等离子体发生器中逸出后浮出处理溶液液面，位于处理溶液液面上方的工作气体与所述第二等离子体发生器作用生成等离子体，剩余工作气体从出气孔排出。

8、作为上述技术方案的进一步改进：

9、所述第一等离子体发生器的结构为：包括绝缘底座和安装于绝缘底座上的高压电极，所述高压电极为管状结构，所述高压电极的一端通过管路与供气装置连接，所述高压电极的另一端为排气端，所述排气端穿过绝缘底座后位于待处理溶液的液面以下，所述排气端的管壁阵列设置有多个第一电极气孔，所述排气端的管端头采用绝缘堵头封堵，所述高压电极外部套有管状结构的接地电极，所述接地电极上端连接所述绝缘底座，与排气端对应位置的接地电极管壁阵列设置有多个第二电极气孔，所述第一电极气孔和第二电极气孔的阵列方向均为径向和轴向两个方向；

10、所述高压电极和所述接地电极同心设置，所述第一电极气孔的直径小于所述第二电极气孔的直径；

11、所述高压电极与所述第一电源连接，所述接地电极接地，所述高压电极的外壁和所述接地电极的内壁之间形成电场，将从第一电极气孔中逸出的工作气体电离，未被电离的工作气体从第二电极气孔中逸出。

12、所述第一电极气孔的直径尺寸为μm级别；所述第二电极气孔的直径尺寸为mm或cm级别。

13、所述高压电极的外壁和所述接地电极的内壁之间的间距为2～4mm。

14、所述第二等离子体发生器包括多个水平阵列排布的单电极，单电极与所述第二电源连接，所述活化水处理室材质为金属且接地。

15、还包括浓度检测装置，所述浓度检测装置的检测端设置于所述活化水处理室中，用于检测等离子体活化水中活性物质的含量。

16、一种水凝胶制备工艺，利用所述的等离子体活化水制备装置，包括以下步骤：

17、步骤一：将温敏性凝胶溶解于待处理溶液之中后再加入到所述活化水处理室中；

18、步骤二：控制所述水浴箱的温度以保证所述活化水处理室内液体温度为工作温度，所述第一等离子体发生器工作，在液面下方内产生等离子体并溶于待处理溶液中，所述第二等离子体发生器在液面上方产生等离子体并溶于待处理溶液中，形成离子体活化水凝胶水溶液；

19、步骤三：等离子活化水凝胶中的活性物质达标后，所述第一等离子体发生器和所述第二等离子体发生器停止工作，然后使所述活化水处理室内离子体活化水凝胶水溶液相变为固相水凝胶。

20、作为上述技术方案的进一步改进：

21、所述温敏性凝胶为聚乙二醇-聚丙烯醚共聚物、甲基纤维、聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸混合物中的一种或多种。

22、一种杀菌工艺，用于生鲜食品杀菌，包括杀菌处理室和物料传送机构，所述物料传送机构在杀菌处理室内部从入口延伸至出口，所述杀菌处理室内设置有喷淋机构，所述喷淋机构通过喷淋管路与所述的等离子体活化水制备装置的活化水处理室连通，所述喷淋管路上设置有喷淋泵；

23、杀菌工艺包括以下步骤：

24、步骤一：在所述活化水处理室中制备等离子活化水；

25、步骤二：物料传送机构将待杀菌的生鲜食品连续性输送至杀菌处理室，喷淋泵将等离子活化水从喷淋管路输送至喷淋机构，所述喷淋机构将等离子活化水均匀喷洒在所述生鲜食品表面杀菌。

26、作为上述技术方案的进一步改进：

27、还包括冷却水发生器，以及用于收集杀菌产生的废水的废液池，所述水浴箱通过第一管路连通冷却水发生器的出水口，所述第一管路上设置第一阀门，冷却水发生器的进水口通过第二管路连接污水净化装置，所述污水净化装置用于净化来自废液池的废水，所述第二管路上依次设置循环泵和第二阀门，所述循环泵和第二阀门之间的第二管路通过第三管路与活化水处理室底部连通，所述第三管路上设置第三阀门，所述第二阀门位于所述第三管路和所述污水净化装置之间；

28、步骤一和步骤二中，所述活化水处理室内液体温度为0℃～8℃，所述活化水处理室的温度控制方法为：检测到所述水浴箱的冷却水温度高于设定温度时，保持第一阀门和第三阀门打开，开启循环泵将水浴箱内冷却水循环经过冷却水发生器降温后进入水浴箱；

29、步骤一和步骤二中，当水浴箱内液位不足时，第一阀门打开、所述第二阀门打开、第三阀门关闭，循环泵将污水净化装置内的水经冷却水发生器换热后送入水浴箱。

30、本发明的有益效果如下：

31、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置两个等离子发生器，在液面以下产生等离子体的同时，将未被第一等离子体发生器电离的工作气体在液面以上与第二等离子体发生器作用，以双电极耦合的方式，提高等离子体活化水制备的效率。

32、采用等离子体活化水制备装置直接制备等离子体活化水凝胶，将均匀混合凝胶后的待处理溶液进行等离子体活化水制备，使活性物质可自动分散在凝胶分子和水分子之间，使相变过程中活性物质均匀分布在水凝胶中，这样可有效避免活性物质的损失提高等离子体活化水凝胶的活性，同时保证水凝胶中活性物质的均匀性。本方法制得的水凝胶可作为生鲜食品的抑菌材料使用，使生产、运输、储藏和销售等环节下生鲜食品的杀菌保鲜效果更佳。

33、采用连续式输送生鲜食品的同时对生鲜食品喷洒富含大量活性物质的等离子体活化水，实现生鲜食品的连续式、高效杀菌处理。